JP2010025412A - Refrigerating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とが順に接続されてなる冷媒回路を備えた冷凍装置に関し、特に蒸発器の耐久性向上の対策に係るものである。 The present invention relates to a refrigeration apparatus including a refrigerant circuit in which a compressor, a condenser, an expansion mechanism, and an evaporator are sequentially connected, and particularly relates to measures for improving the durability of the evaporator.
従来より、圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とが順に接続されてなる冷媒回路を備えた冷凍装置は知られている。このような冷凍装置では、上記凝縮器において、該凝縮器内を流れる冷媒が外部(他の熱媒体)に放熱して凝縮するとともに、上記蒸発器において、該蒸発器内を流れる冷媒が外部(他の熱媒体)から吸熱して蒸発することで、室内や庫内の空気に対して放熱若しくは吸熱し、室内の空調や庫内の冷却等を行うように構成されている。 Conventionally, a refrigeration apparatus having a refrigerant circuit in which a compressor, a condenser, an expansion mechanism, and an evaporator are connected in order is known. In such a refrigeration apparatus, in the condenser, the refrigerant flowing in the condenser dissipates heat to the outside (other heat medium) and condenses, and in the evaporator, the refrigerant flowing in the evaporator passes outside ( By absorbing heat from another heat medium) and evaporating, the air is radiated or absorbed into the air in the room or in the room, and air conditioning in the room or cooling in the room is performed.
また、例えば特許文献1に開示されるように、それぞれ冷媒回路を形成する1次側回路と2次側回路とを、該1次側回路の蒸発器で接続し、該蒸発器で1次側回路内の冷媒と2次側回路内の冷媒との間で熱交換を行うように構成されたものも知られている。ここで、上記蒸発器としては、一般的に、内部に熱交換可能な2つの流路が形成されたプレート式熱交換器などが用いられている。
Further, as disclosed in, for example,
さらに、最近では、冷媒回路からなる1次側回路に対し、水やブライン等の熱媒体が循環する2次側回路を設け、上記1次側回路の蒸発器で、該1次側回路の冷媒から上記2次側回路内で循環する熱媒体に対して放熱するように構成されたチリングユニットが知られている。このようなチリングユニットは、例えば、半導体製造工程でシリコンウェハー等を冷却するために利用されている。
しかしながら、上述のように蒸発器内を流れる冷媒と他の熱媒体との間で熱交換を行う場合、該冷媒と熱媒体との温度差によって上記蒸発器には熱応力が発生するため、両者の温度差が大きいと、該蒸発器には大きな熱応力が生じることになる。そして、2次側回路内の熱媒体の温度が利用側の負荷によって大きく変動すると、上記蒸発器に熱応力が繰り返し発生することになり、該熱応力によって蒸発器が損傷する可能性がある。 However, when heat exchange is performed between the refrigerant flowing in the evaporator and the other heat medium as described above, a thermal stress is generated in the evaporator due to a temperature difference between the refrigerant and the heat medium. If the temperature difference is large, a large thermal stress is generated in the evaporator. When the temperature of the heat medium in the secondary circuit greatly fluctuates due to the load on the use side, thermal stress is repeatedly generated in the evaporator, and the evaporator may be damaged by the thermal stress.
特に、上述のような半導体冷却用のチリングユニットの場合には、利用側の熱負荷が大きく変動し、2次側回路内の熱媒体の温度も大きく変わるため、蒸発器での冷媒と熱媒体との温度差が大きく変化しやすく、熱応力によって該蒸発器が損傷を受けやすい。 In particular, in the case of the above-described chilling unit for cooling a semiconductor, the heat load on the use side fluctuates greatly, and the temperature of the heat medium in the secondary circuit also changes greatly. Therefore, the refrigerant and heat medium in the evaporator The temperature difference is easily changed, and the evaporator is easily damaged by thermal stress.
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷媒回路を備えた冷凍装置において、蒸発器での冷媒と熱媒体との温度差の変化をできるだけ小さくして該蒸発器が熱応力によって損傷を受けにくくすることで、該蒸発器の耐久性を向上することにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to minimize a change in the temperature difference between the refrigerant and the heat medium in the evaporator in the refrigeration apparatus including the refrigerant circuit. Thus, the durability of the evaporator is improved by making the evaporator less susceptible to damage by thermal stress.
上記目的を達成するために、本発明に係る冷凍装置(1)では、蒸発器(14)と圧縮機(11)の吸入側との間に、該蒸発器(14)での蒸発圧力を調整するための蒸発圧力調整手段(17)を設けて、該蒸発器(14)を流れる冷媒と該蒸発器(14)で冷媒と熱交換する熱媒体との温度差がなるべく大きくならないようにした。 In order to achieve the above object, in the refrigeration apparatus (1) according to the present invention, the evaporation pressure in the evaporator (14) is adjusted between the evaporator (14) and the suction side of the compressor (11). An evaporation pressure adjusting means (17) is provided to prevent the temperature difference between the refrigerant flowing through the evaporator (14) and the heat medium that exchanges heat with the refrigerant in the evaporator (14) as much as possible.
具体的には、第1の発明は、圧縮機(11)と、凝縮器(12)と、膨張機構(13)と、蒸発器(14)とが順に接続され、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路(10)を備えた冷凍装置を対象とする。 Specifically, in the first invention, a compressor (11), a condenser (12), an expansion mechanism (13), and an evaporator (14) are sequentially connected to perform a vapor compression refrigeration cycle. A refrigeration apparatus including a refrigerant circuit (10) is an object.
そして、上記冷媒回路(10)の蒸発器(14)と圧縮機(11)の吸入側との間には、該蒸発器(14)内を流れる冷媒と該蒸発器(14)で冷媒と熱交換する熱媒体との温度差が所定値以下になるように、上記蒸発器(14)での冷媒の蒸発圧力を調整する蒸発圧力調整手段(17)が設けられているものとする。 Between the evaporator (14) of the refrigerant circuit (10) and the suction side of the compressor (11), the refrigerant flowing in the evaporator (14) and the refrigerant (heat) are heated by the evaporator (14). It is assumed that an evaporating pressure adjusting means (17) for adjusting the evaporating pressure of the refrigerant in the evaporator (14) is provided so that the temperature difference with the heat medium to be exchanged is a predetermined value or less.
以上の構成により、蒸発器(14)と圧縮機(11)の吸入側との間に設けられた蒸発圧力調整手段(17)によって、該蒸発器(14)を流れる冷媒の蒸発圧力を調整して、該冷媒の蒸発温度を蒸発器(14)で熱交換器する熱媒体に合わせて変化させることができる。すなわち、上述の構成により、上記蒸発器(14)を流れる冷媒の温度と該蒸発器(14)で熱交換する熱媒体との温度差を、該蒸発器(14)が熱応力で損傷を受けないような所定値以下にすることができるため、該蒸発器(14)の耐久性の向上を図れる。 With the above configuration, the evaporation pressure of the refrigerant flowing through the evaporator (14) is adjusted by the evaporation pressure adjusting means (17) provided between the evaporator (14) and the suction side of the compressor (11). Thus, the evaporation temperature of the refrigerant can be changed according to the heat medium to be heat-exchanged by the evaporator (14). That is, with the above-described configuration, the evaporator (14) is damaged by thermal stress due to the temperature difference between the temperature of the refrigerant flowing through the evaporator (14) and the heat medium exchanging heat in the evaporator (14). Therefore, the durability of the evaporator (14) can be improved.
上述の構成において、上記蒸発器(14)に接続され、該蒸発器(14)で冷媒と熱交換する上記熱媒体が循環する利用側回路(40)を備えているものとする(第2の発明)。このように、1次側回路である冷媒回路(10)に対し、該冷媒回路(10)の蒸発器(14)で冷媒と熱交換するように利用側回路(40)を設けた場合、該利用側回路(40)内を循環する熱媒体の温度変化が大きいと、その分、上記蒸発器(17)の温度変化も大きくなって、該蒸発器(14)で発生する熱応力の変動が大きくなる。したがって、このような構成において、上記第1の発明のような構成を適用することで、蒸発器(14)の耐久性を効果的に向上させることができる。 In the above-mentioned configuration, it is assumed that a use side circuit (40) connected to the evaporator (14) and in which the heat medium that exchanges heat with the refrigerant in the evaporator (14) circulates is provided (second circuit). invention). As described above, when the use side circuit (40) is provided for the refrigerant circuit (10) as the primary side circuit so as to exchange heat with the refrigerant in the evaporator (14) of the refrigerant circuit (10), When the temperature change of the heat medium circulating in the use side circuit (40) is large, the temperature change of the evaporator (17) is also increased correspondingly, and the fluctuation of the thermal stress generated in the evaporator (14) is increased. growing. Therefore, in such a configuration, the durability of the evaporator (14) can be effectively improved by applying the configuration of the first invention.
また、上記利用側回路(40)における熱媒体の蒸発器出口温度を検出する熱媒体温度検出手段(PT)と、上記熱媒体温度検出手段(PT)によって検出された上記熱媒体の蒸発器出口温度に基づいて該蒸発器(14)での冷媒の蒸発圧力を調整するように、上記蒸発圧力調整手段(17)を制御する制御手段(50)とを備えているのが好ましい(第3の発明)。 Further, a heat medium temperature detecting means (PT) for detecting an evaporator outlet temperature of the heat medium in the use side circuit (40), and an evaporator outlet of the heat medium detected by the heat medium temperature detecting means (PT) Control means (50) for controlling the evaporation pressure adjusting means (17) is preferably provided so as to adjust the evaporation pressure of the refrigerant in the evaporator (14) based on the temperature (third) invention).
これにより、蒸発器(14)での熱媒体の温度を正確に検出できるとともに、該熱媒体の温度に応じて、該熱媒体と蒸発器(14)内を流れる冷媒との温度差ができる限り小さくなるように該蒸発器(14)での冷媒の蒸発圧力を調整することが可能となる。したがって、蒸発器(14)での熱応力の変動をできるだけ小さくすることができる。 As a result, the temperature of the heat medium in the evaporator (14) can be accurately detected, and the temperature difference between the heat medium and the refrigerant flowing in the evaporator (14) is as much as possible according to the temperature of the heat medium. It becomes possible to adjust the evaporation pressure of the refrigerant in the evaporator (14) so as to be small. Therefore, the fluctuation of the thermal stress in the evaporator (14) can be minimized.
特に、上記制御手段(50)は、上記熱媒体の蒸発器出口での温度が高くなるほど該蒸発器(14)での冷媒と熱媒体との温度差が大きくなるように、上記蒸発圧力調整手段(17)を制御するのが好ましい(第4の発明)。 In particular, the control means (50) is arranged so that the temperature difference between the refrigerant and the heat medium in the evaporator (14) increases as the temperature of the heat medium at the evaporator outlet increases. It is preferable to control (17) (fourth invention).
利用側回路(40)を流れる熱媒体の温度が高い場合、その温度まで1次側回路(10)内の冷媒の温度を上昇させるのは難しいため、蒸発器(14)での冷媒と熱媒体との温度差を一定に保つのは困難である。そのため、上述のように、上記蒸発器(14)の出口での熱媒体の温度が高いほど、該蒸発器(14)での冷媒と熱媒体との温度差が大きくなるのを許容するように、該蒸発器(14)での冷媒の蒸発圧力を調整することで、上記熱媒体の温度が低いときには冷媒との温度差をできるだけ小さくする一方、該熱媒体の温度が高いときには実現可能な冷媒の温度の範囲内で、該冷媒と熱媒体との温度差をできるだけ小さくすることができる。したがって、上記熱媒体が比較的、広範囲で温度変化を生じるような場合でも、蒸発器(14)に発生する熱応力をできるだけ低減することができる。 When the temperature of the heat medium flowing through the use side circuit (40) is high, it is difficult to raise the temperature of the refrigerant in the primary side circuit (10) to that temperature, so the refrigerant and heat medium in the evaporator (14) It is difficult to keep the temperature difference between and constant. Therefore, as described above, the higher the temperature of the heat medium at the outlet of the evaporator (14), the larger the temperature difference between the refrigerant and the heat medium in the evaporator (14). By adjusting the evaporating pressure of the refrigerant in the evaporator (14), the temperature difference with the refrigerant is made as small as possible when the temperature of the heat medium is low, while the refrigerant that can be realized when the temperature of the heat medium is high In this temperature range, the temperature difference between the refrigerant and the heat medium can be made as small as possible. Therefore, even when the heat medium causes a temperature change in a relatively wide range, the thermal stress generated in the evaporator (14) can be reduced as much as possible.
また、上記蒸発圧力調整手段は、電動弁(17)を備えているのが好ましい(第5の発明)。こうすることで、蒸発器(14)と圧縮機(11)の吸入側との間に設けられた蒸発圧力調整手段(17)によって、該蒸発器(14)の蒸発圧力を確実に調整することができ、上記第1から第4の発明の構成を実現することができる。 Moreover, it is preferable that the said evaporation pressure adjustment means is equipped with the motor operated valve (17) (5th invention). In this way, the evaporation pressure of the evaporator (14) can be reliably adjusted by the evaporation pressure adjusting means (17) provided between the evaporator (14) and the suction side of the compressor (11). The configurations of the first to fourth inventions can be realized.
以上のように、本発明によれば、蒸発器(14)と圧縮機(11)の吸入側との間に、該蒸発器(14)での冷媒と熱媒体との温度差が所定値以下になるように、該蒸発器(14)における冷媒の蒸発圧力を調整する蒸発圧力調整手段(17)を設けたため、上記蒸発器(14)における冷媒と熱媒体との温度差に起因する熱応力によって該蒸発器(14)が損傷を受けるのを極力防止できる。したがって、上記蒸発器(14)の耐久性の向上を図れる。 As described above, according to the present invention, the temperature difference between the refrigerant and the heat medium in the evaporator (14) is not more than a predetermined value between the evaporator (14) and the suction side of the compressor (11). Since the evaporation pressure adjusting means (17) for adjusting the evaporation pressure of the refrigerant in the evaporator (14) is provided so as to become, the thermal stress caused by the temperature difference between the refrigerant and the heat medium in the evaporator (14) Therefore, it is possible to prevent the evaporator (14) from being damaged as much as possible. Therefore, the durability of the evaporator (14) can be improved.
また、第2の発明によれば、上記蒸発器(14)に熱媒体の循環する利用側回路(40)が接続される構成において、上記第1の発明の構成を適用することで、上記蒸発器(14)の耐久性を効果的に向上することができる。 According to the second invention, in the configuration in which the utilization side circuit (40) in which the heat medium circulates is connected to the evaporator (14), the configuration of the first invention is applied, so that the evaporation The durability of the vessel (14) can be effectively improved.
また、第3の発明によれば、上記蒸発圧力調整手段(17)は、熱媒体の蒸発器出口温度に基づいて、蒸発器(14)の蒸発圧力を調整するため、該蒸発器(14)での冷媒の蒸発温度を熱媒体の温度に応じて適切な温度にすることが可能となり、より確実に蒸発器(14)の耐久性の向上を図れる。特に、第4の発明によれば、上記蒸発圧力調整手段(17)は、上記熱媒体の蒸発器(14)の出口温度が高くなるほど該蒸発器(14)での冷媒と熱媒体との温度差が大きくなるように、該蒸発器(14)における冷媒の蒸発圧力を調整するため、可能な範囲で熱媒体と冷媒との温度差を小さくして、蒸発器(14)が熱応力によって受ける損傷を低減することができる。 According to the third invention, the evaporation pressure adjusting means (17) adjusts the evaporation pressure of the evaporator (14) based on the evaporator outlet temperature of the heat medium. It is possible to set the evaporation temperature of the refrigerant at an appropriate temperature according to the temperature of the heat medium, and the durability of the evaporator (14) can be improved more reliably. In particular, according to the fourth invention, the evaporating pressure adjusting means (17) is configured such that the temperature of the refrigerant and the heat medium in the evaporator (14) increases as the outlet temperature of the evaporator (14) of the heat medium increases. In order to adjust the evaporation pressure of the refrigerant in the evaporator (14) so as to increase the difference, the temperature difference between the heat medium and the refrigerant is reduced as much as possible, and the evaporator (14) is subjected to thermal stress. Damage can be reduced.
さらに、第5の発明によれば、上記蒸発圧力調整手段は、電動弁(17)を備えているため、上記第1から第4の発明の構成を確実に実現することができる。 Furthermore, according to the fifth invention, the evaporating pressure adjusting means includes the motor-operated valve (17), so that the configurations of the first to fourth inventions can be reliably realized.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.
−構成−
図1に、本発明の実施形態に係る冷凍装置の配管系統図の概略を示す。この図1に示す冷凍装置は、例えば、半導体製造工程において、シリコンウェハーを冷却するブラインのチリングユニット(1)として構成されている。このチリングユニット(1)は、冷媒が循環する冷媒回路(10)と、冷却水が循環する冷却水回路(30)と、上記冷媒回路(10)内の冷媒によって冷却されるブライン(熱媒体)が循環する利用側回路(40)と、制御手段としてのコントローラ(50)とを備えている。すなわち、上記チリングユニット(1)は、上記冷媒回路(10)内の冷媒によって冷却されたブラインを、上記利用側回路(40)を介して利用側である半導体の生産設備に供給するように構成されている。
−Configuration−
In FIG. 1, the outline of the piping system diagram of the freezing apparatus which concerns on embodiment of this invention is shown. The refrigeration apparatus shown in FIG. 1 is configured, for example, as a brine chilling unit (1) for cooling a silicon wafer in a semiconductor manufacturing process. The chilling unit (1) includes a refrigerant circuit (10) in which refrigerant circulates, a cooling water circuit (30) in which cooling water circulates, and a brine (heat medium) cooled by the refrigerant in the refrigerant circuit (10). Is provided with a utilization side circuit (40) in which the controller circulates and a controller (50) as control means. That is, the chilling unit (1) is configured to supply the brine cooled by the refrigerant in the refrigerant circuit (10) to the semiconductor production equipment on the usage side via the usage side circuit (40). Has been.
(冷媒回路)
上記冷媒回路(10)は、圧縮機(11)、凝縮器(12)、膨張弁(13)、蒸発器(14)に加え、過冷却熱交換器(15)及び過冷却用膨張弁(16)、蒸発圧力調整弁(17)(蒸発圧力調整手段)を配管によって接続してなる。これにより、上記冷媒回路(10)では、該回路(10)内を冷媒が循環して、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われるようになっている。
(Refrigerant circuit)
The refrigerant circuit (10) includes a supercooling heat exchanger (15) and a supercooling expansion valve (16) in addition to the compressor (11), the condenser (12), the expansion valve (13), and the evaporator (14). ), An evaporation pressure adjusting valve (17) (evaporating pressure adjusting means) is connected by piping. Thereby, in the refrigerant circuit (10), the refrigerant circulates in the circuit (10), and a vapor compression refrigeration cycle is performed.
上記圧縮機(11)は、高圧ドーム式のスクロール型圧縮機によって構成されている。この圧縮機(11)は、インバータ制御によって回転速度が可変な可変容量型の圧縮機として構成されている。上記圧縮機(11)の吐出側は、吐出ガス配管(21)を介して上記凝縮器(12)に接続されている。一方、上記圧縮機(11)の吸入側は、吸入ガス配管(22)を介して上記蒸発器(14)に接続されている。また、上記圧縮機(11)の中間圧の圧縮室(以下、中間圧室ともいう)には、後述するインジェクション管(27)が接続されている。すなわち、上記圧縮機(11)は、中間圧室内に中間圧の冷媒をインジェクション可能に構成されている。このように、中間圧室内に冷媒をインジェクション可能な構成にすることで、上記圧縮機(11)の吐出温度を調節することができ、該圧縮機(11)の保護を図れる。 The compressor (11) is a high-pressure dome type scroll compressor. The compressor (11) is configured as a variable capacity compressor whose rotation speed is variable by inverter control. The discharge side of the compressor (11) is connected to the condenser (12) via a discharge gas pipe (21). On the other hand, the suction side of the compressor (11) is connected to the evaporator (14) via a suction gas pipe (22). An injection pipe (27), which will be described later, is connected to an intermediate pressure compression chamber (hereinafter also referred to as an intermediate pressure chamber) of the compressor (11). That is, the compressor (11) is configured to be capable of injecting an intermediate pressure refrigerant into the intermediate pressure chamber. In this way, by adopting a configuration in which the refrigerant can be injected into the intermediate pressure chamber, the discharge temperature of the compressor (11) can be adjusted, and the compressor (11) can be protected.
上記凝縮器(12)は、複数のプレートがプレート間に流路を形成するように積層された、いわゆるプレート式熱交換器によって構成されている。この凝縮器(12)には、冷媒流路(12a)と冷却水流路(12b)とが形成されていて、該冷媒流路(12a)が冷媒回路(10)側に、上記冷却水流路(12b)が冷却水回路(30)側に、それぞれ接続されている。具体的には、上記凝縮器(12)は、冷媒流路(12a)の一端側が上記冷媒回路(10)の吐出配管(21)を介して圧縮機の吐出側に接続されている一方、該冷媒流路(12a)の他端側が第1液配管(23)を介して過冷却熱交換器(15)に接続されている。また、上記凝縮器(12)の冷却水流路(12b)は、その両端側が、上記冷却水回路(30)の冷却水配管(31)に接続されている。すなわち、上記凝縮器(12)は、これらの流路(12a,12b)内を流れる冷媒と冷却水との間で熱交換させるように構成されている。この熱交換により、上記凝縮器(12)では、上記冷媒回路(10)内を流れる冷媒を凝縮させることができる。なお、上記冷却水回路(30)の冷却水配管(31)には、図示しない冷却塔やポンプ等に接続されていて、該冷却塔で冷却された冷却水が流れるようになっている。 The condenser (12) is a so-called plate heat exchanger in which a plurality of plates are stacked so as to form a flow path between the plates. The condenser (12) is formed with a refrigerant flow path (12a) and a cooling water flow path (12b), and the refrigerant flow path (12a) is disposed on the refrigerant circuit (10) side with the cooling water flow path ( 12b) is connected to the coolant circuit (30) side. Specifically, the condenser (12) has one end side of the refrigerant flow path (12a) connected to the discharge side of the compressor via the discharge pipe (21) of the refrigerant circuit (10), The other end side of the refrigerant channel (12a) is connected to the supercooling heat exchanger (15) via the first liquid pipe (23). The cooling water flow path (12b) of the condenser (12) is connected to the cooling water pipe (31) of the cooling water circuit (30) at both ends. That is, the condenser (12) is configured to exchange heat between the refrigerant flowing in the flow paths (12a, 12b) and the cooling water. By this heat exchange, the condenser (12) can condense the refrigerant flowing in the refrigerant circuit (10). The cooling water pipe (31) of the cooling water circuit (30) is connected to a cooling tower or a pump (not shown) so that cooling water cooled by the cooling tower flows.
上記膨張弁(13)は、開度が調節可能な電子膨張弁によって構成されている。この膨張弁(13)は、上記過冷却熱交換器(15)と蒸発器(14)とを接続する第2液配管(24)上に設けられている。 The expansion valve (13) is an electronic expansion valve whose opening degree can be adjusted. The expansion valve (13) is provided on the second liquid pipe (24) connecting the supercooling heat exchanger (15) and the evaporator (14).
上記蒸発器(14)も、上記凝縮器(12)と同様、いわゆるプレート式熱交換器によって構成されている。この蒸発器(14)には、1次側流路(14a)と2次側流路(14b)とが形成されていて、該1次側流路(14a)が冷媒回路(10)側に、上記2次側流路(14b)が利用側回路(40)に、それぞれ接続されている。具体的には、上記蒸発器(14)は、1次側流路(14a)の一端側が第2液配管(24)を介して膨張弁(13)に接続されている一方、該1次側流路(14a)の他端側が吸入ガス配管(22)を介して圧縮機(11)の吸入側に接続されている。また、上記蒸発器(14)の2次側流路(14b)の一端側は、利用側回路(40)の送出管(46)に接続されている一方、2次側流路(14b)の他端側は、利用側回路(40)の第2戻り管(43)を介してタンク(41)に接続されている。上記蒸発器(14)は、これらの流路(14a,14b)を流れる冷媒とブラインとの間で熱交換させるように構成されている。この熱交換により、上記蒸発器(14)では、上記利用側回路(40)内のブラインを冷媒によって冷却することができる。 Similarly to the condenser (12), the evaporator (14) is also constituted by a so-called plate heat exchanger. The evaporator (14) is formed with a primary channel (14a) and a secondary channel (14b), and the primary channel (14a) is connected to the refrigerant circuit (10) side. The secondary side flow path (14b) is connected to the use side circuit (40). Specifically, in the evaporator (14), one end side of the primary channel (14a) is connected to the expansion valve (13) via the second liquid pipe (24), while the primary side channel (14a) The other end side of the flow path (14a) is connected to the suction side of the compressor (11) via the suction gas pipe (22). Further, one end side of the secondary side flow path (14b) of the evaporator (14) is connected to the delivery pipe (46) of the use side circuit (40), while the secondary side flow path (14b) The other end side is connected to the tank (41) through the second return pipe (43) of the use side circuit (40). The evaporator (14) is configured to exchange heat between the refrigerant flowing through these flow paths (14a, 14b) and the brine. By this heat exchange, in the evaporator (14), the brine in the use side circuit (40) can be cooled by the refrigerant.
上記過冷却熱交換器(15)は、上記凝縮器(12)及び蒸発器(14)と同様、いわゆるプレート式熱交換器であって、冷媒と冷媒との間で熱交換を行うように構成されている。具体的には、上記過冷却熱交換器(15)には、第1流路(15a)と第2流路(15b)とが形成されていて、該第1流路(15a)の一端側が第1液配管(23)に接続され、他端側が第2液配管(24)にそれぞれ接続されている。上記第2流路(15b)の一端側は、上記第2液配管(24)から分岐した分岐管(26)に接続され、他端側は、上記圧縮機(11)の中間圧室に繋がるインジェクション管(27)に接続されている。これにより、上記過冷却熱交換器(15)は、上記第1流路(15a)内を流れる冷媒と、上記第2流路(15b)内を流れる冷媒との間で熱交換を行って、該第1流路(15a)を流れる冷媒を冷却するように構成されている。 Like the condenser (12) and the evaporator (14), the supercooling heat exchanger (15) is a so-called plate heat exchanger, and is configured to exchange heat between the refrigerant and the refrigerant. Has been. Specifically, a first flow path (15a) and a second flow path (15b) are formed in the supercooling heat exchanger (15), and one end side of the first flow path (15a) The first liquid pipe (23) is connected, and the other end is connected to the second liquid pipe (24). One end side of the second flow path (15b) is connected to a branch pipe (26) branched from the second liquid pipe (24), and the other end side is connected to an intermediate pressure chamber of the compressor (11). Connected to the injection tube (27). Thus, the supercooling heat exchanger (15) exchanges heat between the refrigerant flowing in the first flow path (15a) and the refrigerant flowing in the second flow path (15b). The refrigerant flowing through the first flow path (15a) is configured to be cooled.
上記過冷却用膨張弁(16)は、開度が調節可能な電子膨張弁によって構成されている。この過冷却用膨張弁(16)は、上記分岐管(26)上に設けられている。この過冷却用膨張弁(16)によって減圧された冷媒は、上記過冷却熱交換器(15)の第2流路(15b)内を流れる際に、該過冷却熱交換器(15)の第1流路(15a)内の冷媒から吸熱して蒸発する。 The supercooling expansion valve (16) is an electronic expansion valve whose opening degree is adjustable. The supercooling expansion valve (16) is provided on the branch pipe (26). When the refrigerant decompressed by the supercooling expansion valve (16) flows in the second flow path (15b) of the supercooling heat exchanger (15), the refrigerant of the supercooling heat exchanger (15) It absorbs heat from the refrigerant in one flow path (15a) and evaporates.
そして、本発明の特徴部分として、上記蒸発器(14)と圧縮機(11)との間の吸入ガス配管(22)上には、蒸発圧力調整手段としての蒸発圧力調整弁(17)が設けられている。この蒸発圧力調整弁(17)は、開度が調節可能な電子膨張弁(電動弁)によって構成されている。このような上記蒸発圧力調整弁(17)を圧縮機(11)の吸入側(蒸発器(14)と圧縮機(11)との間)に設けることによって、該蒸発圧力調整弁(17)よりも冷媒流路上流側に位置する上記蒸発器(14)の冷媒の蒸発圧力を調整することができ、該蒸発器(14)での冷媒の蒸発温度を調整することができる。 As a feature of the present invention, an evaporation pressure adjusting valve (17) as an evaporation pressure adjusting means is provided on the suction gas pipe (22) between the evaporator (14) and the compressor (11). It has been. The evaporating pressure adjusting valve (17) is an electronic expansion valve (motorized valve) whose opening degree can be adjusted. By providing such an evaporation pressure adjusting valve (17) on the suction side of the compressor (11) (between the evaporator (14) and the compressor (11)), the evaporation pressure adjusting valve (17) In addition, the evaporation pressure of the refrigerant in the evaporator (14) located on the upstream side of the refrigerant flow path can be adjusted, and the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator (14) can be adjusted.
なお、上記冷媒回路(10)には、各種センサや圧力スイッチが設けられている。具体的には、吐出ガス配管(21)には、吐出温度センサ(61)、吐出圧力センサ(62)及び高圧圧力スイッチ(63)が設けられている。また、第2液配管(24)の過冷却熱交換器(15)の出口側には出口冷媒温度センサ(64)が、吸入ガス配管(22)の蒸発器(14)の出口側には出口冷媒温度センサ(65)及び低圧側圧力センサ(66)が、それぞれ、設けられている。ここで、上記吐出温度センサ(61)及び出口冷媒温度センサ(64,65)は、吐出ガス配管(21)などの各配管の温度を検出するものであり、高圧圧力スイッチ(63)は吐出圧力を検出して異常高圧時にはチリングユニット(1)を緊急停止させるものである。また、上記吐出圧力センサ(62)は圧縮機(11)の吐出圧力を、低圧側圧力センサ(66)は冷媒回路(10)内の低圧側の圧力を、それぞれ検出するものである。 The refrigerant circuit (10) is provided with various sensors and pressure switches. Specifically, the discharge gas pipe (21) is provided with a discharge temperature sensor (61), a discharge pressure sensor (62), and a high pressure switch (63). An outlet refrigerant temperature sensor (64) is provided at the outlet side of the supercooling heat exchanger (15) of the second liquid pipe (24), and an outlet is provided at the outlet side of the evaporator (14) of the intake gas pipe (22). A refrigerant temperature sensor (65) and a low pressure side pressure sensor (66) are respectively provided. Here, the discharge temperature sensor (61) and the outlet refrigerant temperature sensor (64, 65) detect the temperature of each pipe such as the discharge gas pipe (21), and the high pressure switch (63) is the discharge pressure. Is detected, and the chilling unit (1) is urgently stopped at abnormally high pressure. The discharge pressure sensor (62) detects the discharge pressure of the compressor (11), and the low pressure side pressure sensor (66) detects the pressure on the low pressure side in the refrigerant circuit (10).
(利用側回路)
上記利用側回路(40)は、タンク(41)、蒸発器(14)及び利用側(図示省略)を順に配管で接続してなる。この利用側回路(40)には、熱媒体であるブラインが充填されていて、該ブラインが上記蒸発器(14)と利用側との間で循環することにより、所定の設定温度になるように温度調節されたブラインが利用側へ供給される。
(User side circuit)
The use side circuit (40) is configured by connecting a tank (41), an evaporator (14), and a use side (not shown) in order by piping. The use side circuit (40) is filled with brine as a heat medium, and the brine circulates between the evaporator (14) and the use side so as to reach a predetermined set temperature. Temperature-controlled brine is supplied to the user side.
上記利用側回路(40)において、利用側から延びるブラインの第1戻り管(42)は、上記タンク(41)に接続されている。該タンク(41)には、上記蒸発器(14)へ延びる第2戻り管(43)も接続されている。 In the use side circuit (40), the first return pipe (42) of the brine extending from the use side is connected to the tank (41). A second return pipe (43) extending to the evaporator (14) is also connected to the tank (41).
上記タンク(41)には、その内部を2つの空間(41a,41b)に区画しつつ、該タンク(41)の下部ではそれらの空間(41a,41b)を互いに連通させるように、該タンクの上部から所定の深さまで延びる仕切板(41c)が設けられている。この仕切板(41c)によって区画される空間(41a,41b)のうち一方の空間(41a)内には、ヒータ(44)が配設されており、他方の空間(41b)内には、ポンプ(45)が配設されている。このポンプ(45)は、上記タンク(41)の空間(41b)内のブラインを、第2戻り管(43)を介して蒸発器(14)へ送出するように構成されている。 The tank (41) is divided into two spaces (41a, 41b) while the spaces (41a, 41b) are communicated with each other at the lower part of the tank (41). A partition plate (41c) extending from the upper part to a predetermined depth is provided. A heater (44) is disposed in one space (41a) of the spaces (41a, 41b) partitioned by the partition plate (41c), and a pump is disposed in the other space (41b). (45) is arranged. The pump (45) is configured to send the brine in the space (41b) of the tank (41) to the evaporator (14) through the second return pipe (43).
上記蒸発器(14)の2次側流路(14b)の一端側には、送出管(46)が接続されている一方、他端側には上記第2戻り管(43)が接続されている。これにより、上記タンク(41)内のポンプ(45)によって送出されたブラインは、上記蒸発器(14)の2次側流路(14b)内を流れて、該蒸発器(14)の1次側流路(14a)内を流れる冷媒によって冷却された後、上記送出管(46)によって、利用側へ送られる。なお、上記送出管(46)には、逆止弁(CV)が設けられている。この逆止弁(CV)は、図1に示す矢印方向の冷媒の流れのみを許容するものである。 The delivery pipe (46) is connected to one end side of the secondary flow path (14b) of the evaporator (14), while the second return pipe (43) is connected to the other end side. Yes. As a result, the brine sent out by the pump (45) in the tank (41) flows through the secondary flow path (14b) of the evaporator (14), and the primary of the evaporator (14). After being cooled by the refrigerant flowing in the side flow path (14a), it is sent to the use side by the delivery pipe (46). The delivery pipe (46) is provided with a check valve (CV). This check valve (CV) allows only the refrigerant flow in the direction of the arrow shown in FIG.
上記利用側回路(40)には、各種センサが設けられている。具体的には、第1戻り管(42)には、ブラインの温度を検出するためのブライン温度センサ(71)が設けられていて、タンク(41)内には、ヒータ(44)の温度を検出するためのヒータ温度センサ(72)が設けられている。また、第2戻り管(43)にはブライン圧力センサ(73)及び蒸発器入口温度センサ(74)が、送出管(46)には蒸発器(14)の出口側に白金温度計(PT)(熱媒体温度検出手段)が、それぞれ設けられている。さらに、上記タンク(41)には、該タンク(41)内の液面高さを検出するための液面検出センサ(75,76)が設けられている。ここで、上記ブライン圧力センサ(73)は、利用側回路(40)内のブラインの圧力を検出するためのものであり、蒸発器入口温度センサ(74)は、第2戻り管(43)の蒸発器(14)入口側の温度を検出するためのものである。また、上記白金温度計(PT)は、上記蒸発器(14)の出口におけるブラインの温度を検出するためのものであり、白金温度抵抗体を用いた温度センサである。 Various sensors are provided in the use side circuit (40). Specifically, the first return pipe (42) is provided with a brine temperature sensor (71) for detecting the temperature of the brine, and the temperature of the heater (44) is set in the tank (41). A heater temperature sensor (72) is provided for detection. The second return pipe (43) has a brine pressure sensor (73) and an evaporator inlet temperature sensor (74), and the delivery pipe (46) has a platinum thermometer (PT) on the outlet side of the evaporator (14). (Heat medium temperature detection means) is provided. Further, the tank (41) is provided with liquid level detection sensors (75, 76) for detecting the liquid level in the tank (41). Here, the brine pressure sensor (73) is for detecting the pressure of the brine in the use side circuit (40), and the evaporator inlet temperature sensor (74) is provided in the second return pipe (43). This is for detecting the temperature on the inlet side of the evaporator (14). The platinum thermometer (PT) is for detecting the temperature of the brine at the outlet of the evaporator (14), and is a temperature sensor using a platinum temperature resistor.
(コントローラ)
上記コントローラ(50)は、上記冷媒回路(20)や利用側回路(40)内の各種センサ(61,62,…)やスイッチ(63)から出力された信号に基づいて、圧縮機(11)や膨張弁(13,16)、蒸発圧力調整弁(17)、ポンプ(45)などの駆動制御を行うように構成されている。上記蒸発圧力調整弁(17)の制御以外は、従来のチリングユニットのコントローラ(50)と同様なので、該蒸発圧力調整弁(17)の制御に関する部分のみを以下で説明する。
(controller)
The controller (50) is a compressor (11) based on signals output from various sensors (61, 62,...) And switches (63) in the refrigerant circuit (20) and the use side circuit (40). And an expansion valve (13, 16), an evaporation pressure adjusting valve (17), and a pump (45). Except for the control of the evaporating pressure adjusting valve (17), it is the same as the controller (50) of the conventional chilling unit, so only the part relating to the control of the evaporating pressure adjusting valve (17) will be described below.
上記コントローラ(50)は、利用側回路(40)のブラインの蒸発器出口の温度(白金温度計(PT)での検出結果)に基づいて、蒸発器(14)でのブラインと冷媒との温度差が、該蒸発器で熱応力による損傷を受けにくい所定の温度差以下になるように、上記蒸発圧力調整弁(17)の開度を制御する。具体的には、上記コントローラ(50)は、上記蒸発圧力調整弁(17)の開度を調整するタイミングを決定するためのタイマー部(51)と、上記ブラインの蒸発器出口の温度に基づいて上記蒸発圧力調整弁(17)の制御量を算出する弁制御量算出部(52)とを備えている。すなわち、上記コントローラ(50)は、上記タイマー部(51)によって上記蒸発圧力調整弁(17)の制御量を算出して駆動制御するタイミングであることを検知すると、上記弁制御量算出部(52)で後述する方法によって上記蒸発圧力調整弁(17)の制御量を求めて、該蒸発圧力調整弁(17)を制御するように構成されている。 The controller (50) determines the temperature of the brine and refrigerant in the evaporator (14) based on the temperature of the evaporator outlet of the brine in the user side circuit (40) (detection result in the platinum thermometer (PT)). The opening degree of the evaporating pressure adjusting valve (17) is controlled so that the difference is not more than a predetermined temperature difference that is not easily damaged by thermal stress in the evaporator. Specifically, the controller (50) is based on a timer unit (51) for determining the timing for adjusting the opening of the evaporation pressure adjusting valve (17) and the temperature of the outlet of the evaporator of the brine. A valve control amount calculation unit (52) for calculating a control amount of the evaporation pressure adjusting valve (17). That is, when the controller (50) detects that the timer unit (51) calculates the control amount of the evaporation pressure adjustment valve (17) and performs drive control, the controller (50) detects the valve control amount calculation unit (52 ), The control amount of the evaporation pressure adjusting valve (17) is obtained by the method described later, and the evaporation pressure adjusting valve (17) is controlled.
−運転動作−
次に、上述のような構成を有するチリングユニット(1)の運転動作について説明する。
-Driving action-
Next, the operation of the chilling unit (1) having the above configuration will be described.
(冷媒回路)
冷媒回路(10)において、圧縮機(11)を運転すると、圧縮されたガス冷媒が該圧縮機(11)から吐出される。このガス冷媒は、吐出ガス配管(21)内を流れて凝縮器(12)の冷媒流路(12a)に導入される。この凝縮器(12)の冷媒流路(12a)では、導入された冷媒が該凝縮器(12)の冷却水流路(12b)内を流れる冷却水に放熱して凝縮する。上記凝縮器(12)で凝縮した冷媒は、該凝縮器(12)から流れ出て、第1液配管(23)を介して過冷却熱交換器(15)の第1流路(15a)へ流れる。
(Refrigerant circuit)
When the compressor (11) is operated in the refrigerant circuit (10), the compressed gas refrigerant is discharged from the compressor (11). The gas refrigerant flows through the discharge gas pipe (21) and is introduced into the refrigerant flow path (12a) of the condenser (12). In the refrigerant flow path (12a) of the condenser (12), the introduced refrigerant dissipates heat into the cooling water flowing in the cooling water flow path (12b) of the condenser (12) and condenses. The refrigerant condensed in the condenser (12) flows out of the condenser (12) and flows into the first flow path (15a) of the supercooling heat exchanger (15) through the first liquid pipe (23). .
上記過冷却熱交換器(15)の第1流路(15a)を流れた冷媒は、第2液配管(24)を流れて膨張弁(13)を通過する際に減圧される一方、一部の冷媒は該膨張弁(13)の上流側で分岐管(26)へ流入する。この分岐管(26)に流入した冷媒の一部は、過冷却用膨張弁(16)を通って減圧され、上記過冷却熱交換器(15)の第2流路(15b)に流入して上記第1流路(15a)を流れる液冷媒と熱交換して蒸発し、該第1流路(15a)を流れる液冷媒を所定の低温度に冷却する。上記過冷却熱交換器(15)で蒸発した冷媒は、インジェクション管(27)を流れて、圧縮機(11)の中間圧室にインジェクションされる。 The refrigerant flowing through the first flow path (15a) of the supercooling heat exchanger (15) is reduced in pressure when flowing through the second liquid pipe (24) and passing through the expansion valve (13). The refrigerant flows into the branch pipe (26) on the upstream side of the expansion valve (13). A part of the refrigerant flowing into the branch pipe (26) is depressurized through the supercooling expansion valve (16) and flows into the second flow path (15b) of the supercooling heat exchanger (15). The liquid refrigerant flowing through the first flow path (15a) exchanges heat and evaporates, and the liquid refrigerant flowing through the first flow path (15a) is cooled to a predetermined low temperature. The refrigerant evaporated in the supercooling heat exchanger (15) flows through the injection pipe (27) and is injected into the intermediate pressure chamber of the compressor (11).
一方、上記膨張弁(13)で減圧された冷媒は、蒸発器(14)の1次側流路(14a)に流入する。この1次側流路(14a)では、流入した冷媒が2次側流路(14b)を流れるブラインから吸熱して蒸発する。上記蒸発器(14)で蒸発した冷媒は、該蒸発器(14)から流れ出て、蒸発圧力調整弁(17)を通過した後、吸入ガス配管(22)を介して圧縮機(11)に吸入される。この圧縮機(11)では、吸入した冷媒を圧縮して再び吐出する。これにより、上記冷媒回路(10)では、該回路(10)内を冷媒が循環して、冷凍サイクルが行われる。 On the other hand, the refrigerant decompressed by the expansion valve (13) flows into the primary channel (14a) of the evaporator (14). In the primary side flow path (14a), the refrigerant flowing in absorbs heat from the brine flowing in the secondary side flow path (14b) and evaporates. The refrigerant evaporated in the evaporator (14) flows out of the evaporator (14), passes through the evaporation pressure regulating valve (17), and is then sucked into the compressor (11) through the suction gas pipe (22). Is done. In the compressor (11), the sucked refrigerant is compressed and discharged again. Thereby, in the refrigerant circuit (10), the refrigerant circulates in the circuit (10) to perform a refrigeration cycle.
(利用側回路)
利用側回路(40)において、ポンプ(45)を運転すると、該利用側回路(40)内をブラインが循環する。具体的には、利用側で対象物から吸熱したブラインは、第1戻り管(42)を流れてタンク(41)内に導入される。該タンク(41)内に導入されたブラインは、タンク(41)内でヒータ(44)によって加熱された後、ポンプ(45)によって第2戻り管(43)を介して蒸発器(14)の2次側流路(14b)に送出される。なお、上記ヒータ(44)による加熱が不要の場合には、該ヒータ(44)は作動しない。
(User side circuit)
When the pump (45) is operated in the use side circuit (40), the brine circulates in the use side circuit (40). Specifically, the brine that has absorbed heat from the object on the use side flows through the first return pipe (42) and is introduced into the tank (41). The brine introduced into the tank (41) is heated by the heater (44) in the tank (41), and then the pump (45) passes through the second return pipe (43) to the evaporator (14). It is sent out to the secondary channel (14b). When heating by the heater (44) is unnecessary, the heater (44) does not operate.
上記蒸発器(14)の2次側流路(14b)に流入したブラインは、該蒸発器(14)の1次側流路(14a)内を流れる冷媒と熱交換する。これにより、上記ブラインは、冷媒に放熱して冷却される。上記蒸発器(14)で冷却されたブラインは、送出管(46)へ流れ、利用側へ供給される。利用側で対象物から吸熱したブラインは、第1戻り管(42)を介して再びタンク(41)内へ戻る。 The brine that has flowed into the secondary channel (14b) of the evaporator (14) exchanges heat with the refrigerant flowing in the primary channel (14a) of the evaporator (14). As a result, the brine is cooled by releasing heat to the refrigerant. The brine cooled by the evaporator (14) flows to the delivery pipe (46) and is supplied to the use side. The brine that has absorbed heat from the object on the use side returns to the tank (41) again through the first return pipe (42).
(蒸発圧力制御)
上述のような運転動作において、上記冷媒回路(10)の蒸発器(14)では、1次側流路(14a)内を流れる冷媒と2次側流路(14b)内を流れるブラインとの温度差によって、熱応力が発生する。そして、図2に示すように、上記蒸発器(14)での冷媒の蒸発温度はほぼ一定(図中の破線)であるのに対して、例えば半導体製造工程に用いられるチリングユニットのように、運転状態に応じて上記利用側回路(40)内を流れるブラインの温度が大きく変動する場合がある(図中の実線参照)。そうすると、プレート熱交換器からなる上記蒸発器(14)には、大きな熱応力の変動が生じ、この熱応力の変動によって該蒸発器(14)が損傷を受ける可能性がある。
(Evaporation pressure control)
In the operation as described above, in the evaporator (14) of the refrigerant circuit (10), the temperature of the refrigerant flowing in the primary channel (14a) and the brine flowing in the secondary channel (14b) Due to the difference, thermal stress is generated. And as shown in FIG. 2, while the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator (14) is substantially constant (broken line in the figure), for example, like a chilling unit used in a semiconductor manufacturing process, Depending on the operation state, the temperature of the brine flowing in the use side circuit (40) may fluctuate greatly (see solid line in the figure). If it does so, the fluctuation | variation of a big thermal stress will arise in the said evaporator (14) which consists of a plate heat exchanger, and this evaporator (14) may be damaged by the fluctuation | variation of this thermal stress.
そのため、本発明では、上記蒸発器(14)でのブラインの温度変化に応じて、冷媒の蒸発温度も変化させることにより、該蒸発器(14)でのブラインと冷媒との温度差をできるだけ小さくして、該蒸発器(14)に大きな熱応力の変動が発生しないようにした。 Therefore, in the present invention, the temperature difference between the brine and the refrigerant in the evaporator (14) is made as small as possible by changing the evaporation temperature of the refrigerant in accordance with the temperature change of the brine in the evaporator (14). Thus, large fluctuations in thermal stress were prevented from occurring in the evaporator (14).
具体的には、上記蒸発器(14)と圧縮機(11)との間に設けられた蒸発圧力調整弁(17)の開度を、ブラインの蒸発器出口側の温度(白金温度計(PT)で検出される温度)に応じて調節することで、該蒸発器(14)での冷媒の蒸発圧力を調整する。すなわち、上記図2に示すように、上記ブラインの蒸発器出口側の温度(図中の細実線)に応じて、上記蒸発圧力調整弁(17)の開度を小さくし、通常の場合(破線)よりも上記蒸発器(14)での冷媒の蒸発圧力を大きくすることで、該冷媒の蒸発温度(図中の太実線)を上昇させ、上記ブラインの温度にできるだけ近づける。 Specifically, the opening degree of the evaporation pressure adjusting valve (17) provided between the evaporator (14) and the compressor (11) is set to the temperature at the outlet side of the brine (platinum thermometer (PT ) To adjust the evaporation pressure of the refrigerant in the evaporator (14). That is, as shown in FIG. 2, the opening degree of the evaporation pressure adjusting valve (17) is reduced according to the temperature of the brine outlet side of the brine (thin solid line in the figure). ) To increase the evaporation pressure of the refrigerant in the evaporator (14), thereby increasing the evaporation temperature of the refrigerant (thick solid line in the figure) and bringing it as close as possible to the temperature of the brine.
詳しくは、上記コントローラ(50)では、上記蒸発圧力調整弁(17)の制御量plsを以下のようにして求める。 Specifically, the controller (50) obtains the control amount pls of the evaporation pressure adjusting valve (17) as follows.
図3に示す蒸発圧力調整弁(17)の制御量算出フローがスタートすると、まず、ステップS1において、タイマー部(51)でタイマーをスタートさせて時間をカウントする。続くステップS2で上記タイマー部(51)でカウントした時間が5秒経過したかどうかを判定し、このステップS2で5秒経過したと判定された場合(YESの場合)に、ステップS3に進んで、蒸発器(14)での冷媒とブラインとの温度差(ΔT2)に基づいて、蒸発圧力調整弁(17)の開度調整量dplsを計算する。 When the control amount calculation flow of the evaporation pressure adjusting valve (17) shown in FIG. 3 starts, first, in step S1, the timer unit (51) starts a timer and counts the time. In step S2, it is determined whether or not the time counted by the timer unit (51) has elapsed for 5 seconds. If it is determined in step S2 that 5 seconds have elapsed (in the case of YES), the process proceeds to step S3. Based on the temperature difference (ΔT2) between the refrigerant and brine in the evaporator (14), the opening adjustment amount dpls of the evaporation pressure adjusting valve (17) is calculated.
具体的には、上記ステップS3において、上記ΔT2及びdplsは、下式によって求められる。 Specifically, in step S3, ΔT2 and dpls are obtained by the following equations.
ΔT2=PT1−f(LP1) ・・・(1)
dpls=a×P+b×I+c×D ・・・(2)
ここで、上記(1)式において、PT1は蒸発器(14)でのブラインの温度(白金温度計(PT)での検出温度)、f(LP1)は冷媒の圧力相当飽和温度を意味し、上記(2)式において、例えばa=1.0、b=0.2、c=0.15であり、P、I、Dの各値は、下式によって与えられる。なお、下式において、ΔT2_5は現在から5秒前のΔT2、ΔT2_10は現在から10秒前のΔT2、ΔT2_20は現在から20秒前のΔT2をそれぞれ意味する。
ΔT2 = PT1-f (LP1) (1)
dpls = a × P + b × I + c × D (2)
Here, in the above formula (1), PT1 is the brine temperature in the evaporator (14) (detected temperature in the platinum thermometer (PT)), and f (LP1) is the refrigerant pressure equivalent saturation temperature, In the above formula (2), for example, a = 1.0, b = 0.2, and c = 0.15, and each value of P, I, and D is given by the following formula. In the following equation, ΔT2_5 means ΔT2 5 seconds before the present, ΔT2_10 means ΔT2 10 seconds before the present, and ΔT2_20 means ΔT2 20 seconds before the present.
P=1×{(ΔT2−目標ΔT2)−(ΔT2_20−目標ΔT2)}
I=1×{(ΔT2−目標ΔT2)+2×(ΔT2_5−目標ΔT2)
+(ΔT2_10−目標ΔT2)}
D=1×{(ΔT2−目標ΔT2)−2×(ΔT2_10−目標ΔT2)
+(ΔT2_20−目標ΔT2)}
なお、本実施形態では、上記各式を用いて、蒸発圧力調整弁(17)の弁開度をPID制御しているが、この限りではなく、上記各式とは異なる関係式で制御を行うようにしてもよい。
P = 1 × {(ΔT2−target ΔT2) − (ΔT2 — 20−target ΔT2)}
I = 1 × {(ΔT2−target ΔT2) + 2 × (ΔT2 — 5−target ΔT2)
+ (ΔT2_10−target ΔT2)}
D = 1 × {(ΔT2−target ΔT2) −2 × (ΔT2_10−target ΔT2)
+ (ΔT2_20−target ΔT2)}
In the present embodiment, the valve opening degree of the evaporating pressure regulating valve (17) is PID controlled using the above equations. However, the present invention is not limited to this, and the control is performed using a relational expression different from the above equations. You may do it.
上記目標ΔT2は、図4に示すように、上記蒸発器(14)でのブラインの温度に応じて算出されるもので、該ブラインの温度が低い場合には、目標ΔT2が小さく、すなわち上記蒸発器(14)での冷媒とブラインとの温度差がなるべく小さくなるようにする一方、上記ブラインの温度が高い場合には、その温度の近傍まで冷媒の温度を上昇させるのは不可能なので、目標ΔT2を大きく、すなわち上記蒸発器(14)での冷媒とブラインとの温度差を大きくする。 As shown in FIG. 4, the target ΔT2 is calculated according to the brine temperature in the evaporator (14). When the brine temperature is low, the target ΔT2 is small, that is, the evaporation is performed. While the temperature difference between the refrigerant and the brine in the vessel (14) is made as small as possible, if the temperature of the brine is high, it is impossible to raise the temperature of the refrigerant to near that temperature. ΔT2 is increased, that is, the temperature difference between the refrigerant and the brine in the evaporator (14) is increased.
上記図4に示す関係を式で表すと、以下のような関係式になる。 When the relationship shown in FIG. 4 is expressed by an equation, the following relationship is obtained.
<ブライン温度がPT1≧100℃の場合>
目標ΔT2=50
<ブライン温度が−30≦PT1<100℃の場合>
目標ΔT2=45×(PT1−100)/130+50
<ブライン温度がPT1<−30℃の場合>
目標ΔT2=5
上記ステップS3でdplsを算出した後、ステップS4では、算出したdplsを用いて上記蒸発圧力調整弁(17)を開度制御する。具体的には、上記dplsを現在のplsに足して制御量としてのplsを求め、このplsによって上記蒸発圧力調整弁(17)を制御する。その後、このフローを終了して、スタートに戻り(リターン)、再度、上記フローを開始する。
<When the brine temperature is PT1 ≧ 100 ° C.>
Target ΔT2 = 50
<When the brine temperature is −30 ≦ PT1 <100 ° C.>
Target ΔT2 = 45 × (PT1-100) / 130 + 50
<When the brine temperature is PT1 <−30 ° C.>
Target ΔT2 = 5
After calculating dpls in step S3, in step S4, the opening of the evaporation pressure adjusting valve (17) is controlled using the calculated dpls. Specifically, the dpls is added to the current pls to obtain pls as a control amount, and the evaporation pressure adjusting valve (17) is controlled by the pls. Thereafter, this flow is ended, the process returns to the start (return), and the above flow is started again.
−実施形態の効果−
以上より、この実施形態によれば、半導体製造工程などで用いられるチリングユニット(1)において、1次回路側の冷媒回路(10)の蒸発器(14)と圧縮機(11)の吸入側との間に蒸発圧力調整弁(17)を設けて、該蒸発器(14)での1次回路側の冷媒の温度と2次回路側のブラインの温度との温度差がなるべく小さくなるように、上記蒸発圧力調整弁(17)を制御するようにしたため、上記蒸発器(14)での冷媒とブラインとの温度差によって発生する熱応力が、大きく変動するのを極力防止することができ、これにより、該熱応力によって上記蒸発器(14)が損傷を受けるのをできるだけ防止することができる。
-Effect of the embodiment-
As described above, according to this embodiment, in the chilling unit (1) used in the semiconductor manufacturing process or the like, the evaporator (14) of the refrigerant circuit (10) on the primary circuit side and the suction side of the compressor (11) are connected. An evaporation pressure adjusting valve (17) is provided in between, so that the temperature difference between the temperature of the refrigerant on the primary circuit side and the temperature of the brine on the secondary circuit side in the evaporator (14) is as small as possible. Since the regulating valve (17) is controlled, it is possible to prevent the thermal stress generated by the temperature difference between the refrigerant and the brine in the evaporator (14) from fluctuating as much as possible. It is possible to prevent the evaporator (14) from being damaged by thermal stress as much as possible.
具体的には、上記圧力調整弁(17)を、2次回路側の利用側回路(40)における蒸発器出口のブライン温度に基づいて開度制御するようにしたため、該ブラインの温度変化によって冷媒の蒸発圧力を調整することができ、これにより、上記蒸発器(17)での冷媒の蒸発温度を調整することができる。 Specifically, since the opening of the pressure regulating valve (17) is controlled based on the brine temperature at the outlet of the evaporator in the use side circuit (40) on the secondary circuit side, The evaporation pressure can be adjusted, whereby the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator (17) can be adjusted.
また、上記利用側回路(40)の蒸発器出口のブライン温度に応じて、目標とするブラインと冷媒との温度差ΔT2を変更することで、実現可能な冷媒温度の範囲で、ブラインと冷媒との温度差をできるだけ小さくすることが可能となり、上記蒸発器(14)に生じる熱応力の変動をできるだけ小さくすることができる。 In addition, by changing the target temperature difference ΔT2 between the brine and the refrigerant in accordance with the brine temperature at the evaporator outlet of the use side circuit (40), the brine and the refrigerant It is possible to reduce the temperature difference of the above as much as possible, and to reduce the variation of the thermal stress generated in the evaporator (14) as much as possible.
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
<< Other Embodiments >>
About the said embodiment, it is good also as the following structures.
上記実施形態では、蒸発圧力調整弁として電子膨張弁を用いているが、この限りではなく、蒸発圧力の調整ができるような手段であれば、どのようなものであってもよい。 In the above embodiment, an electronic expansion valve is used as the evaporation pressure adjusting valve. However, the present invention is not limited to this, and any means may be used as long as the evaporation pressure can be adjusted.
また、上記実施形態では、2次側回路としての利用側回路(40)において、ブラインがヒータ(44)を通過した後、蒸発器(14)の2次側流路(14b)に流れ込むように構成されているが、この限りではなく、ブラインが上記蒸発器(14)の2次側流路(14b)を通過した後、ヒータ(44)に流れ込むようにしてもよい。 Moreover, in the said embodiment, in the utilization side circuit (40) as a secondary side circuit, after a brine passes a heater (44), it flows into the secondary side flow path (14b) of an evaporator (14). However, the present invention is not limited to this, and the brine may flow into the heater (44) after passing through the secondary channel (14b) of the evaporator (14).
また、上記実施形態では、1次側回路としての冷媒回路(10)に、2次側回路としての利用側回路(40)を設けることで、冷凍装置としてチリングユニット(1)を構成しているが、この限りではなく、上記冷媒回路(10)のみによって構成される、一般的な空気調和装置や冷凍装置であってもよい。 Moreover, in the said embodiment, the chilling unit (1) is comprised as a freezing apparatus by providing the utilization side circuit (40) as a secondary side circuit in the refrigerant circuit (10) as a primary side circuit. However, the present invention is not limited to this, and a general air-conditioning apparatus or refrigeration apparatus configured only by the refrigerant circuit (10) may be used.
また、上記実施形態では、1次側回路としての冷媒回路(10)において、圧縮機(11)の中間圧に冷媒をインジェクションするように構成されているが、この限りではなく、圧縮機に対して冷媒をインジェクションしないような構成にしてもよい。この場合には、過冷却熱交換器(15)や過冷却用膨張弁(16)が不要になる。 In the above embodiment, the refrigerant circuit (10) as the primary side circuit is configured to inject the refrigerant into the intermediate pressure of the compressor (11). The refrigerant may not be injected. In this case, the supercooling heat exchanger (15) and the supercooling expansion valve (16) become unnecessary.
以上説明したように、本発明は、例えば、冷媒回路内を循環する冷媒と利用側回路内を循環するブラインとの間の熱交換を、該冷媒回路の蒸発器によって行うブラインのチリングユニットなどに特に有用である。 As described above, the present invention provides, for example, a brine chilling unit in which heat exchange between the refrigerant circulating in the refrigerant circuit and the brine circulating in the use-side circuit is performed by the evaporator of the refrigerant circuit. It is particularly useful.
1 チリングユニット(冷凍装置)
10 冷媒回路
11 圧縮機
12 凝縮器
13 膨張弁
14 蒸発器
17 蒸発圧力調整弁(蒸発圧力調整手段)
40 利用側回路
50 コントローラ(制御手段)
PT 白金温度計(熱媒体温度検出手段)
1 Chilling unit (refrigeration equipment)
10 Refrigerant circuit
11 Compressor
12 Condenser
13 Expansion valve
14 Evaporator
17 Evaporation pressure adjustment valve (evaporation pressure adjustment means)
40 User circuit
50 controller (control means)
PT platinum thermometer (heat medium temperature detection means)
Claims (5)
上記冷媒回路(10)の蒸発器(14)と圧縮機(11)の吸入側との間には、該蒸発器(14)内を流れる冷媒と該蒸発器(14)で冷媒と熱交換する熱媒体との温度差が所定値以下になるように、上記蒸発器(14)での冷媒の蒸発圧力を調整する蒸発圧力調整手段(17)が設けられていることを特徴とする冷凍装置。 A refrigeration system comprising a refrigerant circuit (10) in which a compressor (11), a condenser (12), an expansion mechanism (13), and an evaporator (14) are sequentially connected to perform a vapor compression refrigeration cycle. There,
Between the evaporator (14) of the refrigerant circuit (10) and the suction side of the compressor (11), heat is exchanged between the refrigerant flowing in the evaporator (14) and the refrigerant by the evaporator (14). A refrigeration apparatus comprising an evaporation pressure adjusting means (17) for adjusting an evaporation pressure of the refrigerant in the evaporator (14) so that a temperature difference with the heat medium becomes a predetermined value or less.
上記蒸発器(14)に接続され、該蒸発器(14)で冷媒と熱交換する上記熱媒体が循環する利用側回路(40)を備えていることを特徴とする冷凍装置。 In claim 1,
A refrigeration apparatus comprising a utilization side circuit (40) connected to the evaporator (14) and circulating the heat medium that exchanges heat with the refrigerant in the evaporator (14).
上記利用側回路(40)における熱媒体の蒸発器出口温度を検出する熱媒体温度検出手段(PT)と、
上記熱媒体温度検出手段(PT)によって検出された上記熱媒体の蒸発器出口温度に基づいて該蒸発器(14)での冷媒の蒸発圧力を調整するように、上記蒸発圧力調整手段(17)を制御する制御手段(50)とを備えていることを特徴とする冷凍装置。 In claim 2,
A heat medium temperature detecting means (PT) for detecting an evaporator outlet temperature of the heat medium in the use side circuit (40);
The evaporating pressure adjusting means (17) so as to adjust the evaporating pressure of the refrigerant in the evaporator (14) based on the evaporator outlet temperature of the heat medium detected by the heat medium temperature detecting means (PT). And a control means (50) for controlling the refrigeration apparatus.
上記制御手段(50)は、上記熱媒体の蒸発器出口での温度が高くなるほど該蒸発器(14)での冷媒と熱媒体との温度差が大きくなるように、上記蒸発圧力調整手段(17)を制御することを特徴とする冷凍装置。 In claim 3,
The control means (50) is configured so that the temperature difference between the refrigerant and the heat medium in the evaporator (14) increases as the temperature of the heat medium at the evaporator outlet increases. ) Is controlled.
上記蒸発圧力調整手段は、電動弁(17)を備えていることを特徴とする冷凍装置。 In any one of Claims 1-4,
The evaporating pressure adjusting means includes a motor-operated valve (17).
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